JP2009537733A - 空気圧縮を用いる波エネルギー変換装置(wecwac) - Google Patents
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Abstract
Description
既知のものの例として、Stanziola他への米国特許第3,697,764号(特許文献1)は、タービン発電機を駆動させて発電するのに使用される空気を圧縮する波エネルギーの使用を教示している。別の参考文献、Everson, Jr.への米国特許第4,012,173号(特許文献2)は、波によって給電される可変行程式圧縮機の使用を示している。知られている限りでは、これらの及び他の従来技術のシステムは、このような装置の組立及び操作の非実用性に起因して、製造又は市販されていない。
添付の図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示す。
図2は、図1に示した空気圧システムの図である。空気は大気2.1から入り、水分離器2.2を通る。空気は次いで、一方向弁(2.3a及び2.3b)を通ってシリンダの上室及び下室(2.4a及び2.4b)に入る。ピストンは、フロートによって直接駆動させられ、上室及び下室内で空気を圧縮する。したがって、これは複動式であると言える。圧縮されると、空気は次いで、排気弁(図2の2.5a及び2.5b)を通って中空ピストンに入る。排気弁は、ピストンの上面及び下面に設けられている。弁は、往復動圧縮機に通常使用されるものと同様の一方向(逆止)弁であるが、板型又はポペット型であってもよい。ピストンの詳細な設計と排気弁の正確な寸法とは、圧送損失を最小にするためにいずれも重要である。圧縮空気は次いで、中空ピストンを通って上昇し、中空フロートの異なる区画(2.7、2.8及び2.9)に入る。フロートは、所望に応じて、すなわち使用する製造方法に応じて別個の区画に分割することができる。
海洋の波の不規則な性質に起因して、効果的な空気圧送ブイは、その圧縮行程を変化させることができなければならない。可変行程が使用されない場合、WECWACからの供給圧力は、小規模の海ではかなり低下し、これによって、効率的に発電することが極めて困難になる。複数の可変行程概念が以前から提案されている。しかしながら、これらのシステムのいずれも実用的ではなく、簡単でもないか又は自己調整型ではなく、したがって、信頼性及びコストの両方が損なわれている。既知のWECシステムでは、中央柱体は一般的に、大型の深層留め板(複数可)によって比較的安定して保持される。本発明を具現化するシステムは、留め板をWECを安定化するのに使用すると共に、圧縮行程を変化させるのにも使用する。留め板の使用は、所望の機能を実行する部材を例示するのに使用されている。代替的な反力基体を、柱体の上下運動及びその浮力を制御するために使用することができることに留意されたい。すなわち、本発明の重要な態様は、2つの働き:1)柱体の上下運動を制限すること(及び、したがって発電のための反力を提供すること)、並びに2)空気圧縮システムの行程を調整すること、を行う「留め板」の使用を含む。この可変行程メカニズムは受動的であると共に、異なる波条件のために(例えば、低振幅波環境においてさえ)システムが効果的に動作することができるようにするという点で重要である。
本発明のさらに別の態様を図3に示す。この図のブロック3.1は、エネルギー源からエネルギーを捕捉する任意の装置、例えば風車とすることができる原動機を指す。しかしながら、好ましい実施形態では、原動機は、本明細書に記載される装置のような、又は2004年7月27日に発行された米国特許第6,768,216号(その主題が参照によって本明細書に援用される)に開示されているような、空気圧縮を用いる波エネルギー変換装置(WECWAC)を含む。
Claims (18)
- 波エネルギー変換装置(WEC)であって、
水域の水面に沿って位置することを意図されていると共に、前記水域に存在する波と同調して動くように構成されているフロートと、
前記水域において浮くことを意図されている柱状体であって、通過する波に応答して鉛直方向に上下に動く傾向にあるが、該波とはほとんど同調しない柱状体と、
前記柱状体に取り付けられており、前記柱状体を安定させるために該柱状体の有効質量を増やし、該柱状体の上/下運動を妨害し、且つ該柱状体を静水中で下方に変位させるための制限手段と、
前記柱状体の上端部に取り付けられたシリンダであって、前記シリンダは、空気が圧縮されることを可能にし、周囲空気が該シリンダに引き込まれることを可能にする少なくとも1つの入口ポートと、圧縮空気を出力する少なくとも1つの出口ポートとが設けられてほとんど閉じているシリンダと、
前記シリンダ内に配置されたピストンであって、ピストンロッドを介して前記フロートに強固に接続されることによって、前記柱状体に対する前記フロートの運動に応じて前記シリンダ内で空気を圧縮するピストンと、
を備える波エネルギー変換装置(WEC)。 - 前記シリンダの前記ピストンよりも上の内側部分は上室として画定されると共に、前記シリンダの前記ピストンよりも下の内側部分は下室として画定され、且つ、前記シリンダの前記ピストンに対する位置は、波の振幅に応じて前記2つの室の一方の容積を縮小させながら他方を増大させるように変化し、前記波の振幅に応じて前記シリンダ内の前記圧縮室の容積を調整し、前記ピストンの前記圧縮行程が自動的に調整されることを可能にする請求項1に記載のWEC。
- 前記シリンダは、前記ピストンよりも上の上室と、該ピストンよりも下の下室とを有し、前記上室内に入った空気は、前記ピストンの上昇行程の際に圧縮され、前記下室に入った空気は、前記ピストンの下降行程の際に圧縮される請求項2に記載のWEC。
- 前記制限手段は、前記柱状体の水中に沈んでいる部分に取り付けられた留め板である、請求項3に記載のWEC。
- 低振幅の波の場合、前記上室の容積は縮小され、それによって、所望のレベルの空気圧縮を行う前記ピストンの前記圧縮行程が短くなる請求項3に記載のWEC。
- 前記フロートは、中空であると共に、前記圧縮空気を収容及び処理する手段を備える請求項2に記載のWEC。
- タービン発電機は、前記フロート内に配置され、且つ前記圧縮空気は、発電のために前記タービン発電機に分配される請求項6に記載のWEC。
- タービン発電機は、前記WECの外部に配置され、且つ配管手段は、前記WECからの前記圧縮空気を発電のために前記タービン発電機に分配するように設けられている請求項6に記載のWEC。
- 前記シリンダは、前記ピストンによって上室及び下室に分割されており、且つ前記柱状体及び前記制限手段の組合せ体は、低振幅の波に応答して、前記柱状体に取り付けられている前記シリンダが前記ピストンに対して下方に動く傾向にあり、それによって、前記上室の寸法が縮小され、低振幅の波においてさえ空気が圧縮されることを可能にするように選択されている請求項1に記載のWEC。
- 前記柱状体の浮力と前記留め板の寸法とは、圧縮室内の前記ピストンの行程の動的且つ自動的な調整を可能にするように選択されている請求項9に記載のWEC。
- 波エネルギー変換装置(WEC)であって、
水域の水面に沿って位置することを意図されていると共に、前記水域に存在する前記波と同調して動くように構成されているフロートと、
前記フロート及び前記水域の前記水面に対して鉛直に、ほぼ垂直に延在することを意図されている柱状体であって、前記水域の前記水面よりも下に延在していると共に、前記波とは同調せずに鉛直方向に上下に動くように意図されている柱状体と、
前記柱状体と前記フロートとの間に接続され、これらの相対運動に応答して空気を圧縮するパワーテイクオフ(PTO)装置であって、空気圧縮機は、前記柱状体の上部に固定して取り付けられたシリンダを含み、該シリンダは、空気を取り入れる手段と、該空気を圧縮する手段と、該圧縮空気を外部へ排気する手段とを含み、前記空気を圧縮する手段は、前記フロートに接続されるピストンロッドによって駆動させられるピストンを含んでいるパワーテイクオフ(PTO)装置と、
前記柱状体の水中に沈んだ部分に対称的に接続されている留め板であって、前記柱状体に対して垂直な平面内に延在し、前記柱状体の鉛直運動方向に対して横方向に延在する一対の対向する表面を有し、前記柱状体の上下運動を制限すると共に前記シリンダ内の前記ピストンの行程を調整する留め板と、
を備える波エネルギー変換装置(WEC)。 - 組合せ体であって、
気体を圧縮するシリンダであって、該気体を取り入れる少なくとも1つの入力ポートを有すると共に、加圧状態下で前記気体を放出する少なくとも1つの出力ポートを有するシリンダと、
前記シリンダ内に配置されると共に、該シリンダを上室及び下室に効果的に分割するピストンと、
前記上室内及び前記下室内の前記気体を交互に圧縮するために前記ピストンを駆動させる手段と、
一方の室の容積を他方の室の容積に対して縮小すると共に前記ピストンの行程を変えるために、前記シリンダを前記ピストンに対して再配置する手段と、
を含む組合せ体。 - 前記シリンダは柱状体に固定して取り付けられ、且つ前記ピストンはフロートに固定して取り付けられ、該フロートは水域内で波とほぼ同調して動くと共に、前記柱状体の上/下運動はかなり制限される請求項12に記載の組合せ体。
- 前記シリンダを再配置する手段は、前記組合せ体が静水中に下方に変位するように、前記柱状体及び前記シリンダの浮力を調整することを含む請求項13に記載の組合せ体。
- 組合せ体であって、
水域上に浮いているN個の波エネルギー変換装置(WEC)であって、Nは、2以上の整数であり、該WECのそれぞれは、出力ポートに圧縮空気を生成する可変行程式圧縮機を備えるWECと、
前記WECのそれぞれの前記出力ポートと収集接続点とに接続されて、前記N個のWECの出力を前記収集接続点において結合するために配管手段と、
前記収集された加圧空気を、発電機を駆動するためのターボ膨張器へ送る手段と、
を含む組合せ体。 - 前記収集接続点は、前記水域内に配置され、且つ前記ターボ膨張器及び前記発電機は岸上に配置されている請求項15に記載の組合せ体。
- 前記WECのそれぞれは、フロート及び柱状体を含み、該フロートは、水域の水面に沿って位置することを意図されていると共に、前記水域内に存在する波と同調して動くように構成されており、該柱状体は、前記フロート及び前記水域の前記水面に対して鉛直に、ほぼ垂直に延在することを意図されており、且つ前記水域の前記水面よりも下に延在していると共に、前記波とは同調せずに鉛直方向に上下に動くことを意図されており、且つ、前記可変行程式圧縮機は、前記柱状体の上部に固定して取り付けられたシリンダと、前記フロートに固定して取りつけられると共に該フロートによって駆動させられるピストンとを含み、前記ピストンは、前記シリンダを上室及び下室に分割しており、且つ、低振幅の波の場合、前記柱状体及び前記シリンダは、前記ピストンに対して下方向に変位し、前記上室の容積が縮小され、低振幅の波の場合でさえ該上室内で空気が圧縮されることを可能にする請求項15に記載の組合せ体。
- 留め板は、前記柱状体の底部に接続されて、前記柱状体の上下運動と、前記柱状体及び前記シリンダの応答とを制限し、低振幅の波の場合に該柱状体及び該シリンダの下方への変位を可能にすると共に、前記シリンダ内の前記ピストンの行程を調整する請求項17に記載の組合せ体。
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